JPS60186469A - 窒化ケイ素質焼結体の製造方法 - Google Patents
窒化ケイ素質焼結体の製造方法Info
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- JPS60186469A JPS60186469A JP59038697A JP3869784A JPS60186469A JP S60186469 A JPS60186469 A JP S60186469A JP 59038697 A JP59038697 A JP 59038697A JP 3869784 A JP3869784 A JP 3869784A JP S60186469 A JPS60186469 A JP S60186469A
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- silicon nitride
- sintered body
- sintering
- aluminate
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は窒化ケイ素を主成分とする高強度焼結体の製造
方法に関する。
方法に関する。
窒化ケイ素質焼結体は近年各種のエンジニアリングセラ
ミックスとして研究開発が盛んである。用途に応じさま
ざまな緒特性が要望されるが、特に高温素材として用い
られる場合、焼結体の強度や気孔率が重視される。窒化
ケイ素はそれ自体難焼結性物質であるため、焼結に際し
緻密化のために通常焼結促進用の助剤の添加が行われて
いる。
ミックスとして研究開発が盛んである。用途に応じさま
ざまな緒特性が要望されるが、特に高温素材として用い
られる場合、焼結体の強度や気孔率が重視される。窒化
ケイ素はそれ自体難焼結性物質であるため、焼結に際し
緻密化のために通常焼結促進用の助剤の添加が行われて
いる。
焼結方法としては常圧焼結、ホットプレスなどが一般的
であるが、いずれも出発原料に添加物混合系が用いられ
る。添加する焼結助剤としてＭ ｇ Ｏ０Ｍ ｇ Ｏ−
Ａ、＋ ２０３、Ｙ２Ｏ３％ Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３、
その他希土類元素の酸化物などが使われる。Ｙ２Ｏ３を
添加した場合（％願昭４４−８２７８４、特願昭４４−
４８５５２等）はその組織を繊維構造化し、高密度、高
強度化するとしており、またＹ２Ｏ）−Ａ１２０３の添
加（特公昭４９’−２１０９１，特開昭５８−４６８０
７等）によって窒化ケイ素あるいは窒化ケイ素に含まれ
る５ｉ０２と反応して液相を形成し、その液相が緻密化
、高強度化を促進するとしている。
であるが、いずれも出発原料に添加物混合系が用いられ
る。添加する焼結助剤としてＭ ｇ Ｏ０Ｍ ｇ Ｏ−
Ａ、＋ ２０３、Ｙ２Ｏ３％ Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３、
その他希土類元素の酸化物などが使われる。Ｙ２Ｏ３を
添加した場合（％願昭４４−８２７８４、特願昭４４−
４８５５２等）はその組織を繊維構造化し、高密度、高
強度化するとしており、またＹ２Ｏ）−Ａ１２０３の添
加（特公昭４９’−２１０９１，特開昭５８−４６８０
７等）によって窒化ケイ素あるいは窒化ケイ素に含まれ
る５ｉ０２と反応して液相を形成し、その液相が緻密化
、高強度化を促進するとしている。
しかしエンジニアリング用に使用される焼結体は多くは
形状が複雑であるから常圧焼結法が採用されているが、
現在この方法では上記助剤を用いても焼結体の曲げ強度
はせいぜい５０１１ｆＺｃＩｌどまりであり、これでは
この種用途には不十分で、従来の提案はいずれも技術的
、実用性において必ずしも有利であるとは言えなかった
。
形状が複雑であるから常圧焼結法が採用されているが、
現在この方法では上記助剤を用いても焼結体の曲げ強度
はせいぜい５０１１ｆＺｃＩｌどまりであり、これでは
この種用途には不十分で、従来の提案はいずれも技術的
、実用性において必ずしも有利であるとは言えなかった
。
従って複雑な形状の高強度かつ高密度の窒化ケイ素質焼
結体の製造方法の開発が多方面から待望されていた。
結体の製造方法の開発が多方面から待望されていた。
本発明は上記要請に応えるためになされたもので、本発
明者らは焼結助剤について深く追究した結果、窒化ケイ
素の焼結反応を行なうにあたり、周期律表の１ＪＪｂ族
元素を含むアルミン酸塩を存在さぜれば、高い焼結促進
効果を示し、格段に高い強度を有する焼結体が得られる
ことを見出し、本発明を完成した。すなわち本発明の要
旨は窒化ケイ素の焼結反応をイツトリウムまたはランタ
ン系元素のアルミン酸塩の存在下１６００〜１８５０℃
で行なうことを特徴とする窒化ケイ素質焼結体の製造方
法にある。
明者らは焼結助剤について深く追究した結果、窒化ケイ
素の焼結反応を行なうにあたり、周期律表の１ＪＪｂ族
元素を含むアルミン酸塩を存在さぜれば、高い焼結促進
効果を示し、格段に高い強度を有する焼結体が得られる
ことを見出し、本発明を完成した。すなわち本発明の要
旨は窒化ケイ素の焼結反応をイツトリウムまたはランタ
ン系元素のアルミン酸塩の存在下１６００〜１８５０℃
で行なうことを特徴とする窒化ケイ素質焼結体の製造方
法にある。
本発明はイッｌ−ＩＪウムまたはランタン系元素のアル
ミン酸塩として存在させることによってはじめて目的を
達成したものであって、イツトリウムまたはランタン系
元素の酸化物とアルミナとをアルミン酸塩を形成するよ
うな比率で刑期に存在させて焼結しても、本発明の如き
驚くべき効果は得られない。ましてそれら元素のアルミ
ン酸塩を生成する比率に無関係な量の酸化物を別々に添
加して焼結する従来法ではその効果は小さい。本発明の
ようにアルミン酸塩として添加した方が何故に高強度焼
結体が得られるか、その理由は詳かではないが、例えば
Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３による窒化ケイ素あるいは窒化ケ
イ素中の５ｉＯｚとの反応で生ずる液相がアルミン酸塩
ではさらに増加し、焼結が促進されて一層緻密化される
とともに、冷却時に液相がより結晶化され易くなり、緻
密な組織にｆＪ５るためであろつと推定される。
ミン酸塩として存在させることによってはじめて目的を
達成したものであって、イツトリウムまたはランタン系
元素の酸化物とアルミナとをアルミン酸塩を形成するよ
うな比率で刑期に存在させて焼結しても、本発明の如き
驚くべき効果は得られない。ましてそれら元素のアルミ
ン酸塩を生成する比率に無関係な量の酸化物を別々に添
加して焼結する従来法ではその効果は小さい。本発明の
ようにアルミン酸塩として添加した方が何故に高強度焼
結体が得られるか、その理由は詳かではないが、例えば
Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３による窒化ケイ素あるいは窒化ケ
イ素中の５ｉＯｚとの反応で生ずる液相がアルミン酸塩
ではさらに増加し、焼結が促進されて一層緻密化される
とともに、冷却時に液相がより結晶化され易くなり、緻
密な組織にｆＪ５るためであろつと推定される。
本発明に用いられる焼結助剤はイツトリウムまたはラン
タン系元素のアルミン酸塩である。
タン系元素のアルミン酸塩である。
ここでランタン系元素とは周期律表ｍｂ族、第６周期の
Ｌａ（原子番号５７、以下同じ）、Ｏｅ （５８）、Ｐ
ｒ（５９）、Ｎｄ（６０）、Ｐｍ（６１）、Ｓｍ（６２
）、Ｅｕ（６Ｂ）、Ｇｄ （６４）、Ｔｂ（６５）、Ｄ
Ｙ（６６）、Ｈｏ（６７）、Ｆｉ ｒ （６８）、Ｔｍ
（６９）、Ｙｂ（７０）、Ｌｕ（７１）の１５元素であ
り、スカンジウムを除く希土類元素（以下これらをＬｎ
と略称することがある）からなるアルミン ３− 酸塩（以下イツトリウムを含めてアルミン酸塩と略称す
る）で、例えばＬｎ４ＡＩ２０＋；＋、ＬｎＡ１０３、
Ｌｎ３Ａ１５０１２などの化合物が挙げられる。
Ｌａ（原子番号５７、以下同じ）、Ｏｅ （５８）、Ｐ
ｒ（５９）、Ｎｄ（６０）、Ｐｍ（６１）、Ｓｍ（６２
）、Ｅｕ（６Ｂ）、Ｇｄ （６４）、Ｔｂ（６５）、Ｄ
Ｙ（６６）、Ｈｏ（６７）、Ｆｉ ｒ （６８）、Ｔｍ
（６９）、Ｙｂ（７０）、Ｌｕ（７１）の１５元素であ
り、スカンジウムを除く希土類元素（以下これらをＬｎ
と略称することがある）からなるアルミン ３− 酸塩（以下イツトリウムを含めてアルミン酸塩と略称す
る）で、例えばＬｎ４ＡＩ２０＋；＋、ＬｎＡ１０３、
Ｌｎ３Ａ１５０１２などの化合物が挙げられる。
前記アルミン酸塩は市販品を使用してもよく、また前記
希土類元素の酸化物または酸化物を生成する炭酸塩等と
酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウムを生成する硫
酸塩、硝酸塩等の粉末を所望のアル、ミン酸塩になるよ
うな一定比率で配合し、空気中で１５００〜１８００℃
、１時間以上強熱したのち冷却し、慣用の粉砕機で粉砕
すれば容易に該当するアルミン酸塩粉末が得られる。
希土類元素の酸化物または酸化物を生成する炭酸塩等と
酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウムを生成する硫
酸塩、硝酸塩等の粉末を所望のアル、ミン酸塩になるよ
うな一定比率で配合し、空気中で１５００〜１８００℃
、１時間以上強熱したのち冷却し、慣用の粉砕機で粉砕
すれば容易に該当するアルミン酸塩粉末が得られる。
他方、焼結体の主原料である窒化ケイ素はその合成法に
よってα相とβ相が混在し、本発明ではその比率ｉこ必
ずしも制限は受けないが、焼結中にα相→β相の転移が
起こり、その結果、焼結性が向上するのでα／（α十β
）比の大きい窒化ケイ素粉末を使用するのが好ましい。
よってα相とβ相が混在し、本発明ではその比率ｉこ必
ずしも制限は受けないが、焼結中にα相→β相の転移が
起こり、その結果、焼結性が向上するのでα／（α十β
）比の大きい窒化ケイ素粉末を使用するのが好ましい。
窒化ケイ素に随伴する不純物、特に５ｉＯｚ、Ｆ ｅ２
０Ｓ、Ａ１□０３は焼結体の特性に種々の影響を与える
の−手 − で焼結体の使用目的に合わせて制限される。
０Ｓ、Ａ１□０３は焼結体の特性に種々の影響を与える
の−手 − で焼結体の使用目的に合わせて制限される。
高強度の窒化ケイ素質焼結体を得るには窒化ケイ素は８
μｍ以下およびアルミン酸塩は５ｍμ以下の粒度に整粒
したものを用いるのが好ましい。
μｍ以下およびアルミン酸塩は５ｍμ以下の粒度に整粒
したものを用いるのが好ましい。
本発明のアルミン酸塩の添加量は窒化ケイ素に対して５
〜８６重量％、より好ましくは８〜３０重量％である。
〜８６重量％、より好ましくは８〜３０重量％である。
この添加量の範囲内において異なるアルミン酸塩を併用
することは可能であり、得られる焼結体の強度もほぼ同
等である。
することは可能であり、得られる焼結体の強度もほぼ同
等である。
アルミン酸塩の添加量が５重量％未満では焼結が困難と
なり、得られた焼結体も脆弱かつ強度も著しく低い。ま
た８６重量％を超えると粒界での間隙相が過剰となり、
本来有している窒化ケイ素の強度が低下し、実用性がな
くなるので好ましくない。
なり、得られた焼結体も脆弱かつ強度も著しく低い。ま
た８６重量％を超えると粒界での間隙相が過剰となり、
本来有している窒化ケイ素の強度が低下し、実用性がな
くなるので好ましくない。
さらに本発明で使用される焼結助剤の効果を損わない程
度ならば、従来使用されていた焼結助剤であるＡｌ２Ｏ
３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯなどを混合することは差し支えな
いが、全焼結助剤中に占めるイツトリウムまたはランタ
ン系元素のアルミン酸塩の割合が少なくとも５０チでな
ければならない。
度ならば、従来使用されていた焼結助剤であるＡｌ２Ｏ
３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯなどを混合することは差し支えな
いが、全焼結助剤中に占めるイツトリウムまたはランタ
ン系元素のアルミン酸塩の割合が少なくとも５０チでな
ければならない。
次に前記の原料等を用いて窒化ケイ素質焼結体の製造工
程について説明する。
程について説明する。
前述した割合で混合された窒化ケイ素とアルミン酸塩は
プレス成形、射出成形、スリップキャスト等一般的方法
で所望の形状に成形される。
プレス成形、射出成形、スリップキャスト等一般的方法
で所望の形状に成形される。
得られた成形体は窒素ガス、−酸化炭素ガス、アルゴン
ガスなどの非酸化性雰囲気中で常圧焼結される。焼結は
１６００〜１８５０℃で８０分以上保持される。好まし
い焼結温度は１６５０〜１８５０℃である。焼結：温度
が１６００℃以下では焼結助剤が完全に溶融せず、した
がって焼結が十分に促進されないために高強度が得られ
ない。また１８５０℃を超える温度で焼結した場合窒化
ケイ素自身の揮発分解が活発になり好ましくない。
ガスなどの非酸化性雰囲気中で常圧焼結される。焼結は
１６００〜１８５０℃で８０分以上保持される。好まし
い焼結温度は１６５０〜１８５０℃である。焼結：温度
が１６００℃以下では焼結助剤が完全に溶融せず、した
がって焼結が十分に促進されないために高強度が得られ
ない。また１８５０℃を超える温度で焼結した場合窒化
ケイ素自身の揮発分解が活発になり好ましくない。
本発明のアルミン酸塩を焼結助剤として窒化ケイ素に混
合して窒化ケイ素質焼結体を製造する以外に、窒化ケイ
素を合成するときの出発原料であるシリコンに所要量の
アルミン酸塩を混合して窒化ケイ素質焼結体を製造する
場合も、窒化ケイ素にアルミン酸塩を混合して製造した
焼結体と同等の特性を有する窒化ケイ素質焼結体を得る
ことができる。したがってこの方法も本発明の範囲に含
まれる。
合して窒化ケイ素質焼結体を製造する以外に、窒化ケイ
素を合成するときの出発原料であるシリコンに所要量の
アルミン酸塩を混合して窒化ケイ素質焼結体を製造する
場合も、窒化ケイ素にアルミン酸塩を混合して製造した
焼結体と同等の特性を有する窒化ケイ素質焼結体を得る
ことができる。したがってこの方法も本発明の範囲に含
まれる。
本発明によって得られた窒化ケイ素質焼結体は曲げ強度
が高く、従来法のそれに比し格別に優れている。そのた
め強度が要求される切削工具、エンジン用部品、タービ
ン用部品などに好適な窒化ケイ素質焼結体である。
が高く、従来法のそれに比し格別に優れている。そのた
め強度が要求される切削工具、エンジン用部品、タービ
ン用部品などに好適な窒化ケイ素質焼結体である。
次に本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、
本発明は、その要旨を越えない限り以下の実施例に限定
されるものではない。
本発明は、その要旨を越えない限り以下の実施例に限定
されるものではない。
実施例１
市販のα型窒化ケイ素（α率約９０％）に市販のイッ）
リウムのアルミン酸塩ＹＡＩ ０３を窒化ケイ素に対
して４０重量％まで、種々の割合に添加したそれぞれの
ものにエタノールを加えて ７− プラスチック製のミルで２４時間混合し乾燥した。その
混合粉末を１００ ｏ Ｋｑｔ／ｄの圧力で直径５０龍
、高さ６闘の大きさに成形した。
リウムのアルミン酸塩ＹＡＩ ０３を窒化ケイ素に対
して４０重量％まで、種々の割合に添加したそれぞれの
ものにエタノールを加えて ７− プラスチック製のミルで２４時間混合し乾燥した。その
混合粉末を１００ ｏ Ｋｑｔ／ｄの圧力で直径５０龍
、高さ６闘の大きさに成形した。
得られたそれぞれの成形体を窒化ホウ素塗布のカーボン
製ルツボに窒化ケイ素粉末をつめ粉として充填し、窒素
雰囲気中１７００°Ｃ１９０分間焼結した。
製ルツボに窒化ケイ素粉末をつめ粉として充填し、窒素
雰囲気中１７００°Ｃ１９０分間焼結した。
それぞれの配合−比の焼結体から４×８ｙ：、８５ｍｍ
の大きさのテストピースを切断し曲げ試験を行い、その
結果を第１図に示す。その結果ＹＡＩ ０゜５〜８６重
量％の間で強度が最も高い水準であることがわかる。
の大きさのテストピースを切断し曲げ試験を行い、その
結果を第１図に示す。その結果ＹＡＩ ０゜５〜８６重
量％の間で強度が最も高い水準であることがわかる。
実施例２〜８、比較例１−４
表１に示した各種焼結助剤を用い、実施例１に準じて実
験し各テストピースの曲げ強さ、気孔率を測定し、その
結果を同表に掲げた。
験し各テストピースの曲げ強さ、気孔率を測定し、その
結果を同表に掲げた。
その結果、従来使われていた焼結助剤を用いた比較例よ
りも、本発明の方法によって得られた実施例の方が曲げ
強度、気孔率ともに格段に優れていることがわかる。
りも、本発明の方法によって得られた実施例の方が曲げ
強度、気孔率ともに格段に優れていることがわかる。
８−
表 １
第１図はＹＡｌＯ３添加量と曲げ強さの関係を示すグラ
フである。 特許出願人 日本セメント株式会社 代理人弁理士伊東 彰
フである。 特許出願人 日本セメント株式会社 代理人弁理士伊東 彰
Claims (1)
- 窒化ケイ素の焼結反応をイツトＩＪウムまたはランタン
系元素のアルミン酸塩の存在下１６００〜１８５０℃で
行なうことを特徴とする窒化ケイ素質焼結体の製造方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59038697A JPS60186469A (ja) | 1984-03-02 | 1984-03-02 | 窒化ケイ素質焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59038697A JPS60186469A (ja) | 1984-03-02 | 1984-03-02 | 窒化ケイ素質焼結体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60186469A true JPS60186469A (ja) | 1985-09-21 |
Family
ID=12532496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59038697A Pending JPS60186469A (ja) | 1984-03-02 | 1984-03-02 | 窒化ケイ素質焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60186469A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60235769A (ja) * | 1984-05-02 | 1985-11-22 | ザ・モーガン・クルーシブル・カンパニー・ピーエルシー | 高密度窒化珪素体 |
| WO2013167518A3 (de) * | 2012-05-10 | 2014-01-03 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Siliziumnitridkeramik sowie verfahren zu deren herstellung |
| US20190031567A1 (en) * | 2017-07-27 | 2019-01-31 | Osram Sylvania Inc. | Beta-SiAlON Wavelength Converters and Methods of Making the Same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5874571A (ja) * | 1981-10-28 | 1983-05-06 | 株式会社東芝 | 窒化ケイ素貿焼結体の製造法 |
| JPS6021865A (ja) * | 1983-07-15 | 1985-02-04 | 日産自動車株式会社 | 窒化けい素質焼結体 |
-
1984
- 1984-03-02 JP JP59038697A patent/JPS60186469A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5874571A (ja) * | 1981-10-28 | 1983-05-06 | 株式会社東芝 | 窒化ケイ素貿焼結体の製造法 |
| JPS6021865A (ja) * | 1983-07-15 | 1985-02-04 | 日産自動車株式会社 | 窒化けい素質焼結体 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2013167518A3 (de) * | 2012-05-10 | 2014-01-03 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Siliziumnitridkeramik sowie verfahren zu deren herstellung |
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| US10941078B2 (en) * | 2017-07-27 | 2021-03-09 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | β-SiAlON wavelength converters and methods of making the same |
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